Деградация процессора. Актуальность проблемы в наше время
Ежегодно лидеры рынка демонстрируют качественный и функциональный рост своей продукции. Проектируют, создают и внедряют новые технологии в современные процессоры. Однако, всё ли так гладко? Смогли ли производители разрешить старые, но и по сей день актуальные вопросы? Погнали.
реклама
На написание этой статьи меня подтолкнула случайная новость, суть в том, что «синие» отозвали часть чипов семейства Apollo Lake. Те, в свою очередь, были подвержены деградации шины LPC. Несмотря на то, что проблема была актуальна для бюджетного ряда, и уже были выпущены обновленные модели, лишенные этого недостатка, остается вопрос. Насколько это актуально в наше время, и стоит ли думать об этом при покупке новых чипов.
Теория
В подобном случае нарушается внутренняя структура чипа, и сигналы, которые он получает, будут обработаны с ошибкой, или и вовсе не будут завершены. Также стоит отметить, что чаще поражаются участки, ответственные за работу с интерфейсами и кэш памятью.
реклама
В свою очередь, чаще всего причиной появления этого недуга действительно является неправильная эксплуатация. Завышенное напряжение или высокие температуры. Например, если температура интенсивно скачет от минимальных до максимальных значений.
Что по разгону?
Любой разгон процессора означает повышение тактовых частот, вместе с напряжением, которое подаётся на чип. Но, означает ли это неотъемлемую деградацию? Нет. И вот почему.
Новые, впрочем как и многие предыдущие линейки процессоров, имеют разгонный потенциал. И при любых разгонных манипуляциях стоит помнить, как оптимально поднять частоту, напряжения, и обеспечить достаточное охлаждение.
реклама
Заключение
реклама
Советы, как не столкнуться с подобным, достаточно просты. Не поднимать лишний раз допустимый порог напряжения. Не допускать критической температуры на долгий промежуток работы. Если вы уже столкнулись с этим, имеет смысл попытаться снизить частоту с напряжением к начальным, или более низким значениям.
Какая температура считается нормальной для всех компонентов компьютера и что делать с перегревом?
Содержание
Содержание
Температура компонентов компьютера является важным фактором стабильной работы системы. Перегрев может вызывать зависание, подтормаживание и отключение компьютера во время игры или при другой продолжительной нагрузке. Серьезный перегрев компонентов напрямую отражается не только на производительности, но и на сроке их службы. Тогда какая температура будет оптимальной для вашего компьютера, а когда пора беспокоиться?
Согласно правилу «10 градусов», скорость старения увеличивается вдвое при увеличении температуры на 10 градусов. Именно поэтому нужно периодически следить за температурными показателями комплектующих, особенно в летнее время.
Процессор
Самый верный способ узнать максимально допустимую температуру процессора — посмотреть спецификацию к устройству на сайте производителя конкретно вашего изделия. В ней помимо перечисления всех характеристик будет указана и максимальная рабочая температура.
Не стоит думать, что все нормально, если у вас стабильные 90 °C при максимально допустимых 95-100 °C. Оптимально температура не должна превышать 60-70 °C во время нагрузки (игры, рендеринга), если только это не какое-то специальное тестирование на стабильность с чрезмерной нагрузкой, которая в повседневной жизни никогда не встретится.
Сейчас у большинства устройств есть технология автоматического повышения тактовой частоты (Turbo Boost).
Например, если базовая частота AMD Ryzen 3700X составляет 3.6 ГГц, то в режиме Turbo Boost он может работать на частоте 4.4 ГГц при соблюдении определенных условий. Одно из этих условий — температура.
При превышении оптимальной температуры возможно незначительное снижение максимальной частоты работы. В момент, когда температура приближается к максимально допустимой, частота понижается уже сильнее. Это в конечном счете оказывает влияние на производительность, именно поэтому оптимальной температурой принято считать 60-70 °C.
В эти пределы по температуре и заложена максимальная производительность для устройства.
Температура процессора напрямую связана с системой охлаждения, поэтому, если вы берете высокопроизводительный процессора как AMD Ryzen 3900X или 10900к, на системе охлаждения лучше не экономить.
Видеокарта
С видеокартами все примерно точно так же. Только помимо информации в спецификации, можно посмотреть зашитые в Bios устройства максимальные значения температуры.
Для обоих производителей, в зависимости от серии видеокарт, максимальная температура находится пределах от 89 до 105 °C.
Посмотреть их можно с помощью программы GPU-Z или AIDA64.
Данную информацию так же можно посмотреть на сайте https://www.techpowerup.com/vgabios/
Помимо температуры самого ядра важное значение имеет и температура других компонентов видеокарты: видеопамяти и цепей питания.
Есть даже тестирование видеокарт AMD RX 5700XT от разных производителей, где проводились замеры различных компонентов на видеокарте.
Как можно видеть, именно память имеет наибольшую температуру во время игры. Подобный нагрев чипов памяти присутствует не только у видеокарт AMD 5000 серии, но и у видеокарт Nvidia c использованием памяти типа GDDR6.
Как и у процессоров, температура оказывает прямое влияние на максимальную частоту во время работы. Чем температура выше, тем ниже будет максимальный Boost. Именно поэтому нужно уделять внимание системе охлаждения при выборе видеокарты, так как во время игры именно она всегда загружена на 100 %.
Материнская плата
Сама материнская плата как таковая не греется, на ней греются определенные компоненты, отвечающие за питание процессора, цепи питания (VRM). В основном это происходит из-за не совсем корректного выбора материнской платы и процессора.
Материнские платы рассчитаны на процессоры с разным уровнем энергопотребления. В случае, когда в материнскую плату начального уровня устанавливается топовый процессор, во время продолжительной нагрузки возможен перегрев цепей питания. В итоге это приведет либо к сбросу тактовой частоты процессора, либо к перезагрузке или выключению компьютера.
Также на перегрев зоны VRM влияет система охлаждения процессора. Если с воздушными кулерами, которые частично обдувают околосокетное пространство, температура находится в переделах 50-60 °C, то с использованием жидкостных систем охлаждения температура будет уже значительно выше.
В случае с некоторыми материнскими плата AMD на X570 чипсете, во время продолжительной игры возможен перегрев южного моста, из-за не лучшей компоновки.
Предел температуры для системы питания материнской платы по большому счету находится в том же диапазоне — 90–125 °C. Также при повышении температуры уменьшается КПД, при уменьшении КПД увеличиваются потери мощности, и, как следствие, растет температура. Получается замкнутый круг: чем больше температура — тем ниже КПД, что еще больше увеличивает температуру. Более подробно узнать эту информацию можно из Datasheet использованных компонентов на вашей материнской плате.
Память
Память типа DDR4 без учета разгона сейчас практически не греется, и даже в режиме стресс тестирования ее температура находится в пределах 40–45 °C. Перегрев памяти уменьшает стабильность системы, возможна перезагрузка и ошибки в приложениях, играх.
Для мониторинга за температурой компонентов системы существует множество различных программ.
Если речь идет о процессорах, то производители выпустили специальные утилиты для своих продуктов. У Intel это Intel Extreme Tuning Utility, у AMD Ryzen Master Utility. В них помимо мониторинга температуры есть возможность для настройки напряжения и частоты работы. Если все же решитесь на разгон процессора, лучше это делать напрямую из Bios материнской платы.
Есть также комплексные программы мониторинга за температурой компьютера. Одной из лучших, на мой взгляд, является HWinfo.
Чем чреват перегрев — ускоренная деградация чипов, возможные ошибки
Перегрев компонентов в первую очередь чреват падением производительности и нестабильностью работы системы. Но это далеко не все последствия.
При работе на повышенных температурах увеличивается эффект воздействия электромиграции, что значительно ускоряет процесс деградации компонентов системы.
Эффект электромиграции связан с переносом вещества в проводнике при прохождении тока высокой плотности. Вследствие этого происходит диффузионное перемещение ионов. Сам процесс идет постоянно и крайне медленно, но при увеличении напряжения и под воздействием высокой температуры значительно ускоряется.
Под воздействием электрического поля и повышенной температуры происходит интенсивный перенос веществ вместе с ионами. В результате появляются обедненные веществом зоны (пустоты), сопротивление и плотность тока в этой зоне существенно возрастают, что приводит к еще большему нагреву этого участка. Эффект электромиграции может привести к частичному или полному разрушению проводника под воздействием температуры или из-за полного размытия металла.
Это уменьшает общий ресурс работы и в дальнейшем может привести к уменьшению максимально стабильной рабочей частоты или полному выходу устройства из строя и прогару. Именно высокая температура ускоряет процесс старения компьютерных чипов.
Как бороться с перегревом
Сейчас, особенно в летнюю пору, можно попробовать открыть боковую створку корпуса или заняться оптимизацией построения воздушных потоков внутри него.
Также в борьбе с высокой температурой может помочь чистка от пыли и замена термопасты, в некоторых случаях будет достаточно и этого.
И, пожалуй, самый радикальный и дорогостоящий способ снижения температуры — замена системы охлаждения CPU и GPU.
На мой взгляд, самый эффективный способ без затрат уменьшить нагрев и повысить производительность это Downvolting (даунвольтинг).
Даунвольтинг — это уменьшение рабочего напряжения, подаваемого на процессор или видеокарту во время работы. Это ведет к уменьшению энергопотребления и, как следствие, к уменьшению температуры.
Для видеокарт NVIDIA даунвольтинг осуществляется с использованием программы MSI Afterburner.
В ней вы для каждого значения частоты подбираете собственное напряжение. Он еще называется даунвольтинг по курве (кривой).
Таким способом можно уменьшить потребление видеокарты примерно на 20-30 %, что положительно отразится на рабочей температуре и тактовой частоте.
На первый взгляд разница между температурой не столь значительная и составляет всего 8-9°C, однако вместе с температурой понизилась и скорость оборотов вентилятора, примерно на 500. В конечном счете за счет даунвольтинга мы снижаем не только температуру, но и шум системы охлаждения. Если же вы ярый фанат низких температур, отрегулировав кривую оборотов вентилятора, можно добиться значительно большего падения температуры.
Вопреки бытующим заблуждениям, даунвольтинг не оказывает какого-либо отрицательного влияния на производительность видеокарты.
Default Voltage
Downvolting
Для даунвольтинга видеокарты AMD не потребуется даже отдельная утилита — все уже реализовано производителем в настройках драйвера.
Даунвольтинг не только уменьшает рабочую температуру, но и увеличивает производительность за счет того, что у всех устройств заложено ограничение по потребляемой энергии.
В случае с видеокартами AMD, уменьшение рабочего напряжения уменьшает энергопотребление и дает возможность видеокарте функционировать на заявленных частотах без упора в лимит энергопотребления, не прибегая к его расширению.
У данной видеокарты он составляет 160 Вт, что и можно наблюдать на первом графике.
Default Voltage
Downvolting
С процессорами дела обстоят несколько сложнее, однако они также поддаются даунвольтингу. Но это уже совсем другая история.
Существуют максимальные показатели рабочих температур. Обычно это 90–105 °C, установленные производителем. Как минимум, нужно стараться не превышать эти значения, однако оптимально температура компонентов компьютера не должна превышать 60–70 °C во время повседневных нагрузок. Тем самым вы будете иметь максимальную производительность системы и долгий срок службы, а так же практически бесшумный режим работы системы охлаждения. Именно поэтому не стоит сильно экономить на системе охлаждения компьютера.
При какой температуре начинается деградация процессора
Пользователь реддита под именем PM_ME_ThermalPaste (он же ClockCruncher на HWbot) опубликовал на днях результаты своего эксперимента по нахождению безопасного порога напряжения при разгоне процессоров Райзен второго поколения. К делу он подошел серьезно и использовал четыре одинаковых комплекта топового железа, которые включали в себя материнскую плату Crosshair VII Hero, 360-мм водянку и комплект памяти на самсунг B-die, работающий при напряжении 1.4 вольта. По истечении шести месяцев были получены следующие данные:
I tested the each 2700x at a different voltage ranging from 1.375v to 1.425, here are the voltages for each 2700x and their temps at each voltage.
Как можно видеть, три экземпляра из четырех рано или поздно потеряли 100 мгц от стабильного разгона при использовании в бытовых задачах, и только один процессор, напряжение которого было ограничено на отметке 1,375в, сохранил изначальный разгонный потенциал. Во всех случаях температура не превышала 65 градусов, поэтому влияние высоких температур винить не приходится.
Следует уточнить, что полученные результаты распространяются только на ручной разгон с фиксацией постоянного напряжения. Хотя автоматический буст и предусматривает подачу напряжения свыше 1.4в, это можно считать относительно безопасным, поскольку воздействие ограничено по времени. Но настроить понижающий офсет пожалуй все-равно не помешает :). Лично же для себя я сделал вывод, что не следует повышать напряжение на Райзены свыше 1.35в на постоянной основе.
Почему компьютерные чипы стали быстрее «стареть» и что с этим делать
На прошлой неделе на тематическом ресурсе Semiconductor Engineering вышла статья, которая выделяет тренд «старения» чипов в ЦОД. Мы решили поподробнее взглянуть на материал и рассказать, что происходит в этой сфере.
На шестой странице отчета McKinsey & Company отмечено, что в 2008 году процент загруженности вычислительных систем дата-центра не превышал 6%. Но с развитием облачных ЦОД, ростом популярности виртуальной инфраструктуры и IaaS тренд начал меняться. Как отмечает компания NRDC в своем отчете Data Center Efficiency Assessment, в 2014 году «процент занятости» серверов в облачной среде составил уже 65%.
Это связано с тем, что сегодня одним из базовых критериев выбора облачного провайдера является доступность. Поэтому поставщики стремятся минимизировать допустимое время простоя облачной платформы. Например, если по SLA провайдер обещает доступность «три девятки», то время простоя за год может составлять не более 9 часов. Такие условия предъявляют серьезные требования к инфраструктуре, поэтому провайдеры используют балансировщики нагрузки, чтобы эффективно распределять ресурсы CPU и памяти и обеспечивать непрерывность рабочих процессов клиентов.
Отметим, что такой подход дополнительно позволяет сэкономить на охлаждении и обслуживании оборудования — по данным исследования Uptime Institute, оптимизация парка серверов в дата-центрах мира высвободит порядка 30 млрд долларов. За счет этого ЦОД и IaaS-провайдеры смогут уменьшить стоимость услуг и сделать их еще эффективнее.
Проблема разогрева
Однако, как отмечает автор статьи на Semiconductor Engineering, сейчас в ряде ЦОД усиленная нагрузка на процессоры приводит к их повышенному разогреву, что ускоряет старение чипов. Считается, что при определённом соотношении энергии активации устройства (0,8 eV/K) и его рабочей температуры (75–125°C), каждые 10 градусов сверх нормы могут уменьшить срок его службы в два раза.
При этом повышение температуры может приводить к сбоям, которые довольно сложно диагностировать. Речь идет о так называемом эффекте электромиграции. Он проявляется в скачках напряжения, приводящих к случайным замыканиям одного или нескольких контактов и нарушению работы схем (появлению задержек и даже поломке). Примером подобной ситуации может служить выход из строя части жестких дисков WD через год работы — причиной была электромиграция в одном из используемых в HDD контроллеров.
Испытание для инженеров
Чтобы снизить «уровень стресса» для чипов и замедлить износ электроники, компании используют различные технологии. Например, САПР для моделирования работы чипов перед передачей их в производство. Во время симуляций проводится проверка соединений и параметров электропитания, анализ статических рисков сбоя и оценка влияния электромагнитного поля.
Например, системы автоматизированного проектирования помогают оценить влияние электромиграции и отметить места, в которых требуется расширение соединений между транзисторами или увеличение числа контактов, чтобы предотвратить преждевременный выход системы из строя.
Что касается температурного моделирования, то, как говорит Ральф Айверсон (Ralph Iverson), инженер из отдела научных исследований компании Synopsys, занимающейся разработкой САПР, для отслеживания перегревов используется модель «случайного блуждания». С её помощью производят оптимизацию целевой функции (траектории распространения тепла) и предсказывают влияние температуры на платы и чипы.
/ фото ИТ-ГРАД Unboxing серверов Cisco UCS M4308
Другое направление — разработка систем для отслеживания «старения» чипов в реальном времени. Например, исследователи из Мюнхенского технического университета предложили оценивать степень деградации схемы путем отслеживания задержки, с которой по ней проходит ток. Специальный программный контроллер оценивает задержку прохождения сигнала и сообщает о превышении допустимого уровня деградации электронного устройства. При этом система может автоматически снизить частоту работы чипа и скорректировать рабочее напряжение, пока устройство не будет заменено.
Поиск новых материалов
Разработчики электроники также начинают обращать внимание на новые материалы, которые бы выдерживали более высокие нагрузки, чем кремний. Например, одним из потенциальных материалов, который рассматривается в качестве замены кремнию, является нитрид галлия (GaN).
Этот полупроводник имеет более высокую подвижность носителей заряда и больший коэффициент теплопроводности. За счет этого транзисторы на основе нитрида галлия меньше в размерах и обладают большими показателями мощности. Например, нитрид галлиевые транзисторы используют при создании и развертке широкополосных беспроводных сетей, в том числе для обеспечения работы дата-центров.
Также исследуется возможность применения таких материалов, как антимониды и висмутиды. Они могут стать основой инфракрасных сенсоров для использования в телекоммуникационном оборудовании. Другой вариант — соединения цинка и кадмия с теллуром. В частности, их потенциал может быть полезен для создания альтернативных источников электроэнергии (солнечных панелей).
Однако и сам кремний сбрасывать со счетов ученые не намерены. Исследователи из REAP Labs Университета Тафтса «дают кремнию новую жизнь».
Они работают в области «кремниевой фотоники», создавая электронно-оптические микросхемы на одном кристалле кремния. Это дает чипам возможность взаимодействовать посредством оптических, а не электрических сигналов, что ускоряет перенос больших массивов информации и снижает влияние электромагнитных помех на систему.
Работают в этой области и в IBM. Компания уже смогла разместить устройства, выполненные по технологии кремниевой фотоники, прямо на процессорном чипе.
Подобные технологии позволят создать принципиально новые вычислительные системы, которые бы выдерживали повышенные нагрузки при работе.
